DE102010021649B4 - Method for producing a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core and such glass fiber - Google Patents
Method for producing a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core and such glass fiber Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010021649B4 DE102010021649B4 DE102010021649.6A DE102010021649A DE102010021649B4 DE 102010021649 B4 DE102010021649 B4 DE 102010021649B4 DE 102010021649 A DE102010021649 A DE 102010021649A DE 102010021649 B4 DE102010021649 B4 DE 102010021649B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- gas
- gas atmosphere
- fiber
- reducing
- oxidizing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
- C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
- C03B37/01446—Thermal after-treatment of preforms, e.g. dehydrating, consolidating, sintering
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
- H01S3/06729—Peculiar transverse fibre profile
Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser mit einem Lichtleiterkern und/oder einem Pumpkern mit einer Fertigung einer Preform und einem sich daran anschließenden Ziehprozess, wobeieine Reihe von Gasreservoirs (10) vorgesehen ist, wobei ein erstes Reservoir (11) mit einem reduzierenden Gas, ein zweites Reservoir (12) mit einem Inertgas sowie ein drittes Reservoir (13) zum Bereitstellen eines oxidierenden Gasgemisches vorgesehen ist, unddurch eine Verteilereinheit (8) unter dem Einfluss einer Steuereinheit (7) über ein Öffnen und Schließen der Gasreservoirs eine Prozessatmosphäre erzeugt wird, die entweder rein reduzierend, inert, sowohl reduzierend als auch oxidierend oder rein oxidierend ist, und wobei die jeweils eingestellte Mischung über eine Reihe von Zuleitungen (16) zu den jeweiligen Prozessstationen zugeführt wird, wobei während einer Ausführung von Fertigungsschritten bei der Preform-Fertigung bei der Glassootabscheidung (1), der Einstellung des Sintergrades (2), dem Oxidationsschritt (3) und der Konsolidierung (4) eine Beaufschlagung mit einer oxidierenden Gasatmosphäre aus Chlor oder Sauerstoff mit einer bei dem Konsolidierungsschritt zunehmenden Diffusionslänge erfolgt undwährend der Ausführung eines Kollabier- und eines Schließschrittes (5, 6) eine Beaufschlagung mit einer reduzierenden Gasatmosphäre und/oder während des Ziehprozesses eine Beaufschlagung mit einer reduzierenden oder oxidierenden Gasatmosphäre erfolgt, wobei die Gasatmosphäre eine veränderliche Zusammensetzung aufweist, wobei die veränderliche Zusammensetzung der Gasatmosphäre in Abhängigkeit von dem jeweiligen Fertigungsschritt der Glassootschicht (1), der Einstellung eines definierten Sintergrades (2), des Oxidationsschrittes (3), eines Konsolidierungsschrittes (4), des Kollabierens (5) und des Ziehens der Faser (6), dem dabei vorliegenden Verarbeitungszustand eines Glasmaterials und/oder von dabei vorliegenden Diffusionslängen der für die Gasatmosphäre vorgesehenen Gaskomponenten (11, 12, 13, 14, 15) in der abgeschiedenen Sootschicht, der Preform oder der gezogenen Faser eingestellt ist,wobei eine Diffusion reaktiver Gase in das Glasmaterial zum Beeinflussen des inneren Zustands des Glasmaterials erfolgt.A method of producing a glass fiber having an optical fiber core and / or a pump core with fabrication of a preform and a subsequent drawing process, wherein a series of gas reservoirs (10) is provided, wherein a first reservoir (11) with a reducing gas, a second reservoir (12) with an inert gas and a third reservoir (13) for providing an oxidizing gas mixture is provided, and by a distribution unit (8) under the influence of a control unit (7) via opening and closing of the gas reservoirs, a process atmosphere is generated, either pure reducing, inert, both reducing and oxidizing or purely oxidizing, and wherein each set mixture is supplied via a series of leads (16) to the respective process stations, wherein during an execution of manufacturing steps in the preform production in the Glassootabscheidung ( 1), the setting of the degree of sintering (2), the O xidationsschritt (3) and the consolidation (4) takes place with an oxidizing gas atmosphere of chlorine or oxygen with increasing in the consolidation step diffusion length and during the execution of a collapse and a closing step (5, 6) an application of a reducing gas atmosphere and / or during the drawing process is subjected to a reducing or oxidizing gas atmosphere, wherein the gas atmosphere has a variable composition, wherein the variable composition of the gas atmosphere, depending on the respective production step of the Glassootschicht (1), the setting of a defined degree of sintering (2), the Oxidation step (3), a consolidation step (4), the collapse (5) and the pulling of the fiber (6), the case present processing state of a glass material and / or thereby existing diffusion lengths of vorgeseh for the gas atmosphere a gas component (11, 12, 13, 14, 15) in the deposited soot layer, preform or drawn fiber, wherein diffusion of reactive gases into the glass material to affect the internal state of the glass material.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser mit einem Lichtleiterkern und/oder einem Pumpkern nach Anspruch 1 und eine Glasfaser nach Anspruch 8.The invention relates to a method for producing a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core according to
Derartige Glasfasern werden durch ein Ziehen einer Preform in einer Ziehofenanordnung gefertigt, wobei die Preform in einem mehrstufigen Prozess hergestellt wird. Im Allgemeinen wird hierzu zunächst eine Glassootschicht auf der Innenseite eines Substratrohres abgeschieden, die in einem sich daran anschließenden Schritt versintert wird. Zur Fertigung einer Preform-Struktur aus einem Faserkern und einem Fasermantel werden im Anschluss daran ein Oxidationsschritt und ein Konsolidierungsschritt ausgeführt, während danach ein Kollabieren und Schließen erfolgt.Such glass fibers are manufactured by drawing a preform in a drawing furnace arrangement, wherein the preform is produced in a multi-stage process. In general, for this purpose, first a glassoot layer is deposited on the inside of a substrate tube, which is sintered in a subsequent step. In order to produce a preform structure of a fiber core and a fiber cladding, an oxidation step and a consolidation step are subsequently carried out, followed by collapse and closure.
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Die Patentschrift
Die Druckschrift
Bei der Verwendung von Glasfasern mit einem Lichtleitkern und/oder einem Pumpkern ist mit einer zunehmenden Betriebsdauer ein Effekt zu beobachten, der als Photodarkening bezeichnet wird. Darunter versteht man eine nachteilige Wechselwirkung des innerhalb des Faserkerns geleiteten Lichtes mit Strukturen, die entweder im Gefüge der Faser vorhanden sind oder die durch das in der Faser geleitete oder angeregte Licht erzeugt werden. Dieser Effekt ist teilweise abhängig von der Wellenlänge des in die Faser eingekoppelten Lichtes. Er führt zu einem mit der Zeit zunehmenden optischen Verlust bei der Lichtleitung in der Glasfaser sowie zu einer abnehmenden Leistungsdichte des erzeugten Laserlichtes innerhalb des Pumpkerns. Das Photodarkening ist insbesondere bei Yb-dotierten Glas- bzw. Laserfasern zu beobachten. Dabei nimmt die Absorption innerhalb des Glasmaterials bei starken Lichtintensitäten zu, wobei es zu einer anwachsenden breitbandigen Lumineszenz im Material kommt.When using glass fibers with a light guide core and / or a pump core, an effect is observed with increasing operating time, which is referred to as photodarking. This refers to an adverse interaction of the guided inside the fiber core light with structures that are either present in the structure of the fiber or generated by the guided or excited in the fiber light. This effect depends in part on the wavelength of the light coupled into the fiber. It leads to an increasing optical loss in the optical fiber in the optical fiber over time and to a decreasing power density of the generated laser light within the pump core. Photodarking can be observed in particular with Yb-doped glass or laser fibers. In this case, the absorption within the glass material increases at high light intensities, wherein there is an increasing broadband luminescence in the material.
Eingehende Untersuchungen des Photodarkenings haben gezeigt, dass dieser Effekt in einem nicht unerheblichen Maße durch so genannte Precursoren innerhalb der Preform der Glasfaser bedingt sind. Dabei handelt es sich um Fehlstellen im Glasgefüge, mit welchem das in der Faser geleitete Licht wechselwirkt und die durch die Lichteinwirkung verstärkt werden. Diese werden insbesondere durch die vor allem bei Pumpkernen notwendigen Dotanden wie Ytterbium, Aluminium, Bor oder Germanium innerhalb der Siliciumoxid-Matrix hervorgerufen.Extensive investigations of photodarking have shown that this effect is due to a not inconsiderable extent by so-called precursors within the preform of the glass fiber. These are defects in the glass structure, with which the light conducted in the fiber interacts and which are amplified by the action of light. These are caused, in particular, by the dopants, such as ytterbium, aluminum, boron or germanium, which are necessary in particular with pump cores, within the silicon oxide matrix.
Es besteht somit die Aufgabe, ein Fertigungsverfahren zur Herstellung der Glasfaser mit einem Lichtleiterkern und/oder einem Pumpkern anzugeben, bei der die zu dem Photodarkening führenden Precursoren entweder beseitigt oder zumindest nachhaltig minimiert werden können.It is therefore the object of specifying a production method for producing the glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core, in which the leading to the Photodarkening precursors can either be eliminated or at least sustainably minimized.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser mit einem Lichtleiterkern und/oder einem Pumpkern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche zweckmäßige und/oder vorteilhafte Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens enthalten. Hinsichtlich des Vorrichtungsaspektes erfolgt die Lösung der Aufgabe durch eine Glasfaser mit einem Lichtleiterkern und/oder einem Pumpkern mit den Merkmalen des Anspruchs 8.Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser mit einem Lichtleiterkern und/oder einem Pumpkern mit einer Fertigung einer Preform und einem sich daran anschließenden Ziehprozess vorgesehen, wobei eine Reihe von Gasreservoirs vorgesehen ist, wobei ein erstes Reservoir mit einem reduzierenden Gas, ein zweites Reservoir mit einem Inertgas sowie ein drittes Reservoir zum Bereitstellen eines oxidierenden Gasgemisches vorgesehen ist. Durch eine Verteilereinheit wird unter dem Einfluss einer Steuereinheit über ein Öffnen und Schließen der Gasreservoirs eine Prozessatmosphäre erzeugt, die entweder rein reduzierend, inert, sowohl reduzierend als auch oxidierend oder rein oxidierend ist, und wobei die jeweils eingestellte Mischung über eine Reihe von Zuleitungen zu den jeweiligen Prozessstationen zugeführt wird. Weiterhin erfolgt erfindungsgemäß während einer Ausführung von Fertigungsschritten bei der Preform-Fertigung bei der Glassootabscheidung, der Einstellung des Sintergrades, dem Oxidationsschritt und der Konsolidierung eine Beaufschlagung mit einer oxidierenden Gasatmosphäre aus Chlor oder Sauerstoff mit einer bei dem Konsolidierungsschritt zunehmenden Diffusionslänge und während der Ausführung eines Kollabier- und eines Schließschrittes eine Beaufschlagung mit einer reduzierenden Gasatmosphäre und/oder während des Ziehprozesses eine Beaufschlagung mit einer reduzierenden oder oxidierenden Gasatmosphäre. Dabei weist die Gasatmosphäre eine veränderliche Zusammensetzung auf, wobei die veränderliche Zusammensetzung der Gasatmosphäre in Abhängigkeit von dem jeweiligen Fertigungsschritt der Glassootschicht, der Einstellung eines definierten Sintergrades, des Oxidationsschrittes, eines Konsolidierungsschrittes, des Kollabierens und des Ziehens der Faser, dem dabei vorliegenden Verarbeitungszustand eines Glasmaterials und/oder von dabei vorliegenden Diffusionslängen der für die Gasatmosphäre vorgesehenen Gaskomponenten in der abgeschiedenen Sootschicht, der Preform oder der gezogenen Faser eingestellt ist. Dabei erfolgt eine Diffusion reaktiver Gase in das Glasmaterial zum Beeinflussen des inneren Zustands des Glasmaterials.The object is achieved by a method for producing a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core having the features of
Es wird somit von einem Herstellungsverfahren mit einer Fertigung einer Preform und einem sich daran anschließenden Ziehprozess ausgegangen. Dabei wird während einer Ausführung von Fertigungsschritten bei der Preform-Fertigung und/oder während des Ziehprozesses eine Beaufschlagung mit einer Gasatmosphäre ausgeführt, um die optisch aktivierbaren Precursorzustände im Material der Preform und/oder der Glasfaser zu beseitigen und/oder zu vermindern. Die Gasatmosphäre weist hierzu eine veränderliche Zusammensetzung auf. Die veränderliche Zusammensetzung der Gasatmosphäre ist bei der Ausführung des Verfahrens in Abhängigkeit von dem jeweiligen Fertigungsschritt, einem aktuell vorliegenden Verarbeitungszustand des Glasmaterials und/oder von dabei vorliegenden Diffusionslängen von dabei vorgesehenen Gaskomponenten im Material der herzustellenden Faser eingestellt. It is thus assumed that a manufacturing process with a production of a preform and a subsequent drawing process. In this case, during an execution of production steps in preform production and / or during the drawing process, an admission with a gas atmosphere is carried out in order to eliminate and / or reduce the optically activatable precursor states in the material of the preform and / or the glass fiber. The gas atmosphere has a variable composition for this purpose. The variable composition of the gas atmosphere is set in the execution of the method depending on the respective manufacturing step, a currently present state of processing of the glass material and / or thereby present diffusion lengths of gas components provided thereby in the material of the fiber to be produced.
Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit, durch eine von außen her erfolgende Diffusion unterschiedlicher reaktiver Gase in das Glasmaterial dessen inneren Zustand so zu beeinflussen, dass die vorhandenen Precursoren im Glas so umfassend wie möglich angegriffen und damit beseitigt werden können. Da bei der Herstellung der Preform bzw. der Glasfaser eine Reihe von unterschiedlichen Einwirkungen auf die Glasstruktur erfolgen und die dabei erzeugten Precursoren verschiedener Art sind, wobei auch die Glasstruktur für Diffusionen von verschiedenen Gasen verschieden durchlässig ist, wird erfindungsgemäß die einwirkende Gasatmosphäre in Abhängigkeit von dem jeweils vorliegenden Fertigungsschritt modifiziert. Damit wird gesichert, dass die gebildeten Precursoren mit dem jeweils wirksamsten reaktiven Mittel beeinflusst werden, wobei die Diffusion innerhalb des Glases durch ein jeweils zweckmäßig eingestelltes Konzentrationsgefälle zwischen der Umgebung und dem Fasermaterial befördert wird.The basic idea of the method according to the invention is thus to influence its internal state by means of an external diffusion of different reactive gases into the glass material such that the precursors present in the glass can be attacked as comprehensively as possible and thus eliminated. Since in the production of the preform or the glass fiber a number of different effects on the glass structure and the precursors produced are of different types, whereby the glass structure for diffusions of different gases is different permeable, according to the invention the acting gas atmosphere in dependence modified each present production step. This ensures that the precursors formed are influenced by the respectively most effective reactive agent, wherein the diffusion within the glass is conveyed through an appropriately adjusted concentration gradient between the environment and the fiber material.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform wird die Zusammensetzung der Gasatmosphäre in der Weise verändert, dass die Gasatmosphäre während der Ausführung der Fertigungsschritte zwischen einer reduzierenden und einer oxidierenden Zusammensetzung wechselt. Dadurch können Precursorzustände in der Glasstruktur entweder durch Reduktion oder durch Oxidation mit dem beaufschlagten Gas und innerhalb des Glasgefüges beseitigt werden.In an expedient embodiment, the composition of the gas atmosphere is changed in such a way that the gas atmosphere alternates between a reducing and an oxidizing composition during the execution of the production steps. Thereby, precursor states in the glass structure can be eliminated either by reduction or by oxidation with the applied gas and within the glass structure.
Als eine reduzierende Komponente der Gasatmosphäre ist bei einer zweckmäßigen Ausführungsform Wasserstoff mit einem veränderlichen Partialdruck vorgesehen. Als oxidierende Komponente der Gasatmosphäre ist zweckmäßigerweise Chlor und/oder Sauerstoff und/oder Ozon mit einem jeweils veränderlichen Partialdruck vorgesehen. Sowohl Wasserstoff als auch Sauerstoff/Ozon und Chlor sind als wirksame Reduktions- bzw. Oxidationsmittel bekannt.As a reducing component of the gas atmosphere, in an expedient embodiment, hydrogen is provided with a variable partial pressure. As the oxidizing component of the gas atmosphere, chlorine and / or oxygen and / or ozone is expediently provided with a respective variable partial pressure. Both hydrogen and oxygen / ozone and chlorine are known as effective reducing or oxidizing agents.
Weiterhin ist bei einer zweckmäßigen Ausführungsform vorgesehen, dass die Gasatmosphäre eine chemisch inerte Komponente, insbesondere ein Edelgas, aufweist. Hierdurch gelingt es, den Gesamtdruck der Gasatmosphäre auch bei veränderlichen Partialdrücken der chemisch reaktiven Gasanteile konstant zu halten.Furthermore, it is provided in an expedient embodiment that the gas atmosphere has a chemically inert component, in particular a noble gas. This makes it possible to keep the total pressure of the gas atmosphere constant even with variable partial pressures of the chemically reactive gas components.
Ergänzend dazu kann bei der Herstellung der Glasfaser ein Fertigen eines Glasfaserkerns mit mindestens einem von einer Kreisform abweichenden Flankenabschnitt erfolgen. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird hierzu eine Flanke mit einem wellenförmigen Verlauf eingebracht. Dadurch lassen sich die in der Faser ausbreitenden oder durch Pumpvorgänge erzeugten Lichtmoden so beeinflussen, dass eine Reihe von das Photodarkening befördernden Lichtleitermoden bedämpft werden und so die Anregung von im Glasmaterial verbliebener Precursoren erschwert wird.In addition to this, in the production of the glass fiber, it is possible to produce a glass fiber core with at least one flank section deviating from a circular shape. In an expedient embodiment, an edge with a wave-shaped course is introduced for this purpose. This allows the in influence the fiber propagating or generated by pumping operations light modes so that a number of the photodarking conveyed optical fiber modes are attenuated and thus the excitation of remaining in the glass material precursors is difficult.
Der wellenförmige Flankenverlauf wird bei einer zweckmäßigen Ausführung des Verfahrens als eine W-Form eingebracht. Eine derartige Form hat sich hinsichtlich der erwähnten Modenstimulation und Modenunterdrückung als besonders zweckmäßig erwiesen.The wave-shaped edge profile is introduced as a W-shape in an expedient embodiment of the method. Such a form has proven to be particularly useful in terms of the mentioned mode stimulation and mode suppression.
Eine entsprechende Glasfaser weist mindestens einen von der Kreisform abweichenden Flankenabschnitt auf. Dieser kann wellenförmig und insbesondere in einer W-Form ausgebildet sein.A corresponding glass fiber has at least one flank section deviating from the circular shape. This may be wavy and in particular formed in a W-shape.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren und die erfindungsgemäße Glasfaser sollen nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die
Es zeigen:
-
1 einen beispielhaften Verfahrensablauf mit grundlegenden Verfahrenskomponenten anhand eines Blockschaltbildes, -
2 einen zeitlichen Verlauf des Photodarkening-Verlustes in einer optischen Faser bei einer Lichtwellenlänge von 633 nm bei einer konventionell gefertigen und bei einer erfindungsgemäß hergestellten Faser, -
3 einen zeitlichen Verlauf des Photodarkening-Verlustes in einer weiteren vergleichenden Darstellung, -
4 einen beispielhaften zweiseitig abgeflachten Pumpfaserkern in einer Doppel-D-Form, -
5 einen beispielhaften zweiseitig von der Kreisform abweichenden Pumpfaserkern mit einer Doppel-W-Ausführung, -
6 einen berechneten Leistungsabfall in Abhängigkeit von der Faserlänge für ausgewählte Pumpkern-Ausführungen, -
7 beispielhafte Darstellungen der Faserlaser-Ausgangsleistung bei einem Pumpfaserkern mit einer Kreisform im Vergleich mit einer Doppel-D-Ausführung und mit einer Pumpfaser in einer Doppel-W-Ausführung, -
8 eine beispielhafte Ausführungsform eines Pumpfaserkerns in einer vierfachen W-Ausführung, -
9 eine beispielhafte Ausführungsform eines Pumpfaserkerns in einer achtfachen W-Ausführung,
-
1 an exemplary process sequence with basic process components based on a block diagram, -
2 a time course of the photodarking loss in an optical fiber at a light wavelength of 633 nm in a conventionally fabricated and in a fiber produced according to the invention, -
3 a time course of the photodarking loss in a further comparative representation, -
4 an exemplary double-sided flattened spun core in a double D-shape, -
5 an exemplary double-sided deviating from the circular shape Pumpfaserkern with a double W version, -
6 a calculated power loss as a function of the fiber length for selected pump core designs, -
7 exemplary representations of the fiber laser output power in a spatter core with a circular shape in comparison with a double-D design and with a pump fiber in a double-W design, -
8th an exemplary embodiment of a pump core in a fourfold W-type, -
9 an exemplary embodiment of a pump core in an eightfold W-type,
Die einzelnen Prozessschritte werden von einer Steuereinheit
Je nach Erfordernis können sowohl weitere reduzierende Gase als auch weitere oxidierende Gase vorgesehen sein.Depending on requirements, both further reducing gases and other oxidizing gases can be provided.
Je nach dem aktuell ausgeführten Prozessschritt erzeugt die Verteilereinheit
Die genaue Zusammensetzung der Gasatmosphäre wird zum einen in Hinblick auf die zu erwartenden Diffusionslängen der Gase in einer Glasfritte, der Preform oder der gezogenen Faser und zum anderen in Hinblick auf die zu beeinflussenden und bei den jeweiligen Schritten entstehenden Precursoren im Glasmaterial eingestellt.The exact composition of the gas atmosphere is adjusted on the one hand with regard to the expected diffusion lengths of the gases in a glass frit, the preform or the drawn fiber and on the other hand with regard to the precursors to be influenced and produced in the respective steps in the glass material.
Eine beispielhafte Aufstellung der Diffusionslängen verschiedener Gase in Siliciumoxid in Abhängigkeit von dem jeweils durchlaufenen Fertigungsschritt zeigt folgende Tabelle:
Dabei zeigt sich zum Beispiel, dass die Diffusionslänge für Wasserstoff als bevorzugtem Reduktionsmittel und Helium als zweckmäßigem Inertgas während des gesamten Prozessverlaufs vergleichsweise groß sind, aber während der Sintergradeinstellung, der Oxidation und der Konsolidierung jeweils ein Minimum durchläuft.This shows, for example, that the diffusion length for hydrogen as a preferred reducing agent and helium as a suitable inert gas during the entire course of the process are relatively large, but during the sintering degree, the oxidation and the consolidation in each case passes through a minimum.
Die Diffusionslänge für Chlor als möglichem Oxidationsmittel ist im Vergleich dazu stets klein. Sie nimmt im wesentlichen erst während des Prozessschrittes der Konsolidierung, des Kollabierens und des Schließens der Glasfaser zu und erreicht erst während des letztgenannten Prozessschrittes ihren größten Wert.The diffusion length of chlorine as a possible oxidant is always small in comparison. It essentially only increases during the process step of the consolidation, the collapse and the closing of the glass fiber and only reaches its greatest value during the last-mentioned process step.
Einen ähnlichen Verlauf zeigt die Diffusionslänge für Sauerstoff in Siliciumoxid als einem weiteren möglichen Oxidationsmittel. Sauerstoff weist im Vergleich zu Chlor eine größere Diffusionslänge mit einem ausgeprägten Minimum während der Prozessschritte der Sintergradeinstellung und der Oxidation auf. Die Diffusionslänge für Sauerstoff erreicht auch hier erst bei dem Kollabieren und dem Schließen der Preform ihren maximalen Wert.A similar course shows the diffusion length for oxygen in silicon oxide as another possible oxidizing agent. Oxygen, in comparison to chlorine, has a greater diffusion length with a pronounced minimum during the process steps of sintering grade adjustment and oxidation. The diffusion length for oxygen only reaches its maximum value here during the collapse and closing of the preform.
Die Diffusionslängen sind besonders dann von ausschlaggebender Bedeutung, wenn diese mit charakteristischen Längen verglichen werden, die bei den jeweiligen Prozessschritten von Bedeutung sind. So wird beispielsweise während der Abscheidung der Glassoot Glasmaterial mit einer Dicke oder einem Durchmesser in der Größenordnung von 1000 µm, d.h. im Bereich eines Millimeters, abgeschieden, während gerade bei diesem Prozessschritt die Diffusionslänge des Sauerstoffs bzw. des Chlors im Glasmaterial niedrig sind. The diffusion lengths are of crucial importance, especially when they are compared with characteristic lengths, which are important in the respective process steps. For example, during deposition, the Glassoot glass material having a thickness or diameter on the order of 1000 μm, i. in the range of one millimeter, while just in this process step, the diffusion length of the oxygen or the chlorine in the glass material are low.
Diese Diskrepanz zwischen der bei der Sootabscheidung großen charakteristischen Schichtdicke des Prozessschrittes einerseits und der niedrigen Diffusionslänge für Oxidationsmittel wie Sauerstoff oder Chlor andererseits ist deswegen von Bedeutung, weil sich während der Sootabscheidung Precursoren in dem Glasmaterial ausbilden, die einerseits bei dem erwähnten Photodarkening eine Rolle spielen, aber andererseits oxidativ beeinflusst und in einem bestimmten Maße dadurch beseitigt werden können. Dies betrifft insbesondere so genannte Sauerstoff-Mangel-Zentren (oxygen-deficiency center, ODC) bzw. nichtbrückenbildende Sauerstoff-Loch-Zentren (non-bridging oxygen hole center, NBOHC).This discrepancy between the characteristic layer thickness of the process step which is large in the soot deposition process and the low diffusion length for oxidants such as oxygen or chlorine on the other hand is of importance because during the soot deposition precursors form in the glass material which, on the one hand, plays a role in the mentioned photodarking, but on the other hand oxidatively influenced and can be eliminated to a certain extent. This applies in particular to so-called oxygen-deficiency centers (ODCs) and non-bridging oxygen hole centers (NBOHCs).
Daher wird bei der Ausführung des Verfahrens während der Prozessschritte der Sootabscheidung und vor allem während der Sintergradeinstellung eine oxidierende Gasatmosphäre eingestellt, bei der ein großes Konzentrationsgefälle zwischen dem Sauerstoffgehalt der Umgebung der zu fertigenden Preform einerseits und dem Sauerstoffgehalt im Inneren der sich herausbildenden Preform besteht. Dadurch kann der Diffusionsprozess des Sauerstoffs in das Innere der Sootschicht effektiv angetrieben und der Bildung der erwähnten Sauerstoff-Loch-Zentren entgegen gewirkt werden.Therefore, in the execution of the method during the process steps of the soot deposition and especially during the Sintergradeinstellung an oxidizing gas atmosphere is set in which there is a large concentration gradient between the oxygen content of the environment of the preform to be produced on the one hand and the oxygen content in the interior of the preform. Thereby, the diffusion process of the oxygen into the interior of the soot layer can be effectively driven and the formation of the mentioned oxygen-hole centers counteracted.
Die Einstellung einer oxidierenden Gasatmosphäre ist besonders dann günstig, wenn die Diffusionslängen des Sauerstoffs einerseits mit den charakteristischen Schichtdicken des jeweiligen Prozessschrittes übereinstimmen andererseits nicht sehr stark differieren. Dies ist insbesondere während der Schritte der Sintergradeinstellung und der Oxidation der Fall. Eine durchgreifende Oxidation der erwähnten Sauerstoff-Fehlstellen ist nach der Schichtkonsolidierung wegen der bereits verfestigten Glasstruktur nicht mehr möglich. Daher wird die oxidierende Gasatmosphäre möglichst früh bereits bei dem Prozessschritt der Sootabscheidung eingestellt. The setting of an oxidizing gas atmosphere is particularly favorable if the diffusion lengths of the oxygen on the one hand coincide with the characteristic layer thicknesses of the respective process step on the other hand do not differ very strongly. This is especially the case during the steps of sintering grade adjustment and oxidation. A thorough oxidation of the mentioned oxygen defects is no longer possible after the layer consolidation because of the already solidified glass structure. Therefore, the oxidizing gas atmosphere is set as early as possible in the process step of soot deposition.
Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn Precursoren beeinflusst werden sollen, die durch Dotanden und Codotanden im Glasmaterial, insbesondere Ytterbium, Aluminium, Bor, Fluor, Germanium oder Phosphor, hervorgerufen werden. So ruft beispielsweise Aluminium ein sogenanntes Aluminium-Sauerstoff-Loch-Zentrum/AI-oxygen hole center, Al-OHC) hervor, das zu dem Effekt des Photodarkenings beitragen und durch die Einwirkung eines Reduktionsmittels, insbesondere Wasserstoff, beeinflusst werden kann.This is particularly important if precursors are to be influenced, which are caused by dopants and codotands in the glass material, in particular ytterbium, aluminum, boron, fluorine, germanium or phosphorus. For example, aluminum causes a so-called aluminum-oxygen hole center (Al-OHC), which contributes to the effect of photodarking and can be influenced by the action of a reducing agent, in particular hydrogen.
Daher wird die Gasatmosphäre während der Prozessschritte des Kollabierens und des Schließens nunmehr von einem oxidierenden in einen reduzierenden Zustand gebracht. Im Gegensatz zur oxidierenden Gasatmosphäre, die einen relativ hohen Sauerstoffanteil bzw. Ozonanteil enthalten kann, wird die reduzierende Gasatmosphäre in Form eines Inertgases mit einer reduzierenden Beimengung erzeugt. Bei dem hier vorliegenden Beispiel bedeutet dies, dass beispielsweise eine Atmosphäre erzeugt wird, die zu 70% aus Helium und 30% Wasserstoff besteht, wobei der Anteil des Wasserstoffs wegen der bei diesem Prozessschritten sehr großen Diffusionslänge tendenziell niedriger eingestellt werden kann. Dadurch wird der die Diffusion antreibende Gradient zwischen der Konzentration des Wasserstoffs in der Umgebung der Glasfaser bzw. der Preform und der Wasserstoffkonzentration im Inneren der Glasfaser niedrig gehalten und eine zu stark durchgreifende Reduktion mit einem Erzeugen neuer Precursoren vermieden.Therefore, the gas atmosphere is now brought from an oxidizing to a reducing state during the process steps of collapse and closure. In contrast to the oxidizing gas atmosphere, which may contain a relatively high proportion of oxygen or ozone, the reducing gas atmosphere is generated in the form of an inert gas with a reducing admixture. In the present example, this means that, for example, an atmosphere is generated which consists of 70% helium and 30% hydrogen, wherein the proportion of hydrogen can tend to be set lower because of the very large diffusion length in this process step. As a result, the diffusion-driving gradient between the concentration of hydrogen in the vicinity of the glass fiber or the preform and the hydrogen concentration in the interior of the glass fiber is kept low and avoids overly radical reduction with the production of new precursors.
Dieses vorteilhafte Verhalten der Faser kann durch eine entsprechende Gestaltung des Faserkerns, insbesondere des Pumpkerns, ergänzt sein. Dabei wird von einer Kernform ausgegangen, deren Querschnitt gemäß der Darstellung aus
Bei einem in
Mit einer derartigen Kernform wird vor allem bei Pumpkernen eine effektive Modenmischung in der Glasfaser erreicht. Die Form lässt sich schnell, einfach und damit kostengünstig fertigen, wobei eine hohe Flexibilität bei der Fasergestaltung möglich ist und die Nachteile vieler bereits aus dem Stand der Technik bekannter Lösungen bei Anwendungen im Laserfaser-Hochleistungsbereich vermieden werden. With such a core shape, an effective mode mixture in the glass fiber is achieved, especially in pump cores. The mold can be produced quickly, easily and thus inexpensively, whereby a high degree of flexibility in the fiber design is possible and the disadvantages of many solutions already known from the prior art in applications in the laser fiber high-performance range are avoided.
Die
In
In
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Glasfaser wurden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Im Rahmen fachmännischen Handelns sind weitere Ausführungsformen möglich. Diese ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen.The inventive method and the glass fiber according to the invention were described by means of embodiments. In the context of expert action, further embodiments are possible. These arise in particular from the dependent claims.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- GlassootabscheidungGlassootabscheidung
- 22
- Einstellung SintergradSetting the degree of sintering
- 33
- Oxidationsschrittoxidation step
- 44
- Konsolidierungconsolidation
- 55
- KollabierenCollapse
- 66
- SchließenShut down
- 77
- Steuereinheitcontrol unit
- 88th
- Verteilereinheitdistribution unit
- 99
- Verbindungsleitungeninterconnectors
- 1010
- Gasreservoirsgas reservoir
- 1111
- reduzierendes Gasreservoirreducing gas reservoir
- 1212
- inertes Gasreservoirinert gas reservoir
- 1313
- oxidierendes Gasreservoiroxidizing gas reservoir
- 1414
- Vorratsbehälter SauerstoffReservoir Oxygen
- 1515
- Vorratsbehälter ChlorReservoir chlorine
- 1616
- Zuleitungenleads
- 1717
- ebene Abflachungenflat flattening
- 17a17a
- kreisrunder Abschnittcircular section
- 1818
- wellenförmiger Abschnittwavy section
- 1919
- Auswölbungbulge
- 2020
- Delledent
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010021649.6A DE102010021649B4 (en) | 2009-05-26 | 2010-05-26 | Method for producing a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core and such glass fiber |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009022689.3 | 2009-05-26 | ||
DE102009022689 | 2009-05-26 | ||
DE102010021649.6A DE102010021649B4 (en) | 2009-05-26 | 2010-05-26 | Method for producing a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core and such glass fiber |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010021649A1 DE102010021649A1 (en) | 2010-12-02 |
DE102010021649B4 true DE102010021649B4 (en) | 2019-06-27 |
Family
ID=43028755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102010021649.6A Active DE102010021649B4 (en) | 2009-05-26 | 2010-05-26 | Method for producing a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core and such glass fiber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102010021649B4 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013102880B4 (en) * | 2013-03-21 | 2016-09-15 | Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH | laser assembly |
DE102013102891B4 (en) * | 2013-03-21 | 2016-09-15 | Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH | laser assembly |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5617937A (en) | 1979-07-24 | 1981-02-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Manufacture of base material for optical fiber |
US5735928A (en) | 1993-06-18 | 1998-04-07 | Tsl Group Plc | Apparatus for manufacturing a vitreous silica article |
US6430343B1 (en) | 1999-04-06 | 2002-08-06 | Agere Systems Guardian Corp. | Splitter for use with an optical amplifier |
US20050008313A1 (en) | 2000-10-23 | 2005-01-13 | Kanishka Tankala | Cladding-pumped optical fiber and methods for fabricating |
-
2010
- 2010-05-26 DE DE102010021649.6A patent/DE102010021649B4/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5617937A (en) | 1979-07-24 | 1981-02-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Manufacture of base material for optical fiber |
US5735928A (en) | 1993-06-18 | 1998-04-07 | Tsl Group Plc | Apparatus for manufacturing a vitreous silica article |
US6430343B1 (en) | 1999-04-06 | 2002-08-06 | Agere Systems Guardian Corp. | Splitter for use with an optical amplifier |
US20050008313A1 (en) | 2000-10-23 | 2005-01-13 | Kanishka Tankala | Cladding-pumped optical fiber and methods for fabricating |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102010021649A1 (en) | 2010-12-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0086533B1 (en) | Method of making fluordoped optical fibres | |
DE60217982T2 (en) | Method for producing an optical fiber | |
EP1000909B1 (en) | Process for producing a preform for an optical fibre and a substrate tube suitable for use in the process | |
EP0309027B1 (en) | Method of manufacturing a monomode optical fibre | |
EP0191202B1 (en) | Optical fibres doped with fluorine and process for their production | |
DE2313203B2 (en) | METHOD OF MANUFACTURING OPTICAL WAVE GUIDES FROM GLASS | |
DE19942443A1 (en) | UV transparent optical glass material, especially for VUV excimer radiation applications, is produced from a high purity silicon compound by a soot process and is free from impurities apart from hydroxyl groups | |
DE2514250A1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING OPTICAL GLASS OBJECTS | |
EP2441139B1 (en) | Optical fiber containing a doped glass fiber core and cladding around the fiberglass core | |
DE2358880A1 (en) | FIBER OPTICAL FIBER MADE FROM FOLED SILICON DIOXIDE AND A METHOD FOR MANUFACTURING A FIBER OPERATING FIBER | |
WO2010069768A2 (en) | Method for producing a cylindrical optical component of quartz glass and optically active component obtained by said method | |
EP1286926A1 (en) | Method for producing an optical fibre | |
WO2004089837A2 (en) | Method for the production of a blank mold for optical fibers | |
WO1998040319A1 (en) | Synthetic quartz glass preform and device for the production thereof | |
DE102010021649B4 (en) | Method for producing a glass fiber with an optical fiber core and / or a pump core and such glass fiber | |
DE60106122T2 (en) | Quartz glass composition with laser properties, optical waveguide and optical signal amplification method | |
EP3263533B1 (en) | Rare earth metal doped quartz glass and method for producing the same | |
DE2850493A1 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR THE CONTINUOUS PRODUCTION OF OPTICAL FIBERS | |
DE102012107344B3 (en) | Process for producing an optical preform with a POD cladding glass layer | |
EP0999190B1 (en) | Optical fibre preform, processes for producing the core glass of and an optical fibre preform and for producing an optical fibre as well as the use of synthetic quartz glass | |
DE102008049325B4 (en) | Method for producing a tubular semifinished product made of quartz glass and semi-finished products made of quartz glass | |
DE102013202589B4 (en) | Method of manufacturing an optical waveguide with a core made of a doped or undoped core material in a polygonal shape | |
EP3766851A1 (en) | Method for producing a hollow core fibre and for producing a preform for a hollow core fibre | |
DE102006031898B4 (en) | Process for producing a tubular semifinished product from fluorine-doped quartz glass | |
EP4030204B1 (en) | Microstructured optical fibre and preform for same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20121023 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |